KR101549178B1 - Hologram generation apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 발명으로서 보다 상세하게는 홀로그래픽 3D 디스플레이를 위한 위상 정규화 다각형 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to an apparatus and method for generating a hologram, and more particularly, to an apparatus and method for generating a phase normalized polygon hologram for a holographic 3D display.
최근 3차원 (3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.Recently, three dimensional (3D) image and image reproduction techniques have been actively studied. 3D image related media is expected to lead the next generation imaging device as a realistic image media with a new concept that raises the level of visual information one more level. The conventional 2D image system provides the plane image, but the 3D image system is the ultimate image realization technology in terms of showing the actual image information of the object to the observer.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 스테레오스코피 (stereoscopy), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 3차원 영상으로 재현하여 안경 없이 입체 영상을 구현할 수 있다.Techniques such as stereoscopy, holography, and integral imaging have been researched and developed as methods for reproducing 3D stereoscopic images. Among them, the holographic method can reproduce a three-dimensional image of a holography produced by using a laser to realize stereoscopic images without glasses.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛(물체파)과 간섭성이 있는 빛(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪쳐 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 사진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 간섭 무늬는 빛의 파동의 세기(intensity)와 위상(phase) 정보를 포함한다. 세기 정보는 간섭 무늬의 패턴들 간의 콘트라스트(contrast)로 기록되고, 위상 정보는 간섭 무늬에서 패턴들 간의 거리로 기록되고, 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 간섭 무늬를 3차원 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라고 한다.The holographic method uses the principle of recording and reproducing an interference signal obtained by superimposing light (object wave) reflected from an object and light (reference wave) having coherence. A hologram is a technique in which an interference fringe formed by causing an object wave scattered by an object to collide with a reference wave incident from another direction using a highly coherent laser beam is recorded on a photographic film. When an object wave and a reference wave meet, an interference fringe due to interference is formed. The amplitude and phase information of the object are also recorded in this fringe pattern. The interference fringe includes the intensity and phase information of the wave of light. The intensity information is recorded in a contrast between the patterns of the interference fringes, the phase information is recorded in the distance between the patterns in the interference fringes, the reference pattern is recorded on the recorded interference fringes, Reconstruction into an image is called holography.
컴퓨터를 이용하여 홀로그램 패턴의 저장, 전송 및 영상처리하는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 지금까지 다양한 방법으로 개발되고 있는데, 근래에는 디지털 산업의 발달에 의해 정지 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램에 머무르지 않고 동영상의 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시하기 위한 시스템이 개발되고 있다.A computer generated hologram (CGH) has been developed to store, transmit, and process hologram patterns using a computer. Computer-generated holograms have been developed in various ways so far. Recently, a system for displaying computer-generated holograms of moving images without developing a computer-generated hologram of still images has been developed due to the development of the digital industry.
컴퓨터 생성 홀로그램 시스템은 컴퓨터로 간섭무늬를 계산하여 홀로그램 간섭 무늬 이미지를 생성할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램 시스템은 홀로그램 간섭 무늬 이미지 데이터를 공간 광변조기(Spatial Light Modulator, 이하 "SLM"이라 함)에 전송한다. SLM에 참조광이 조사되면, SLM에 표시된 홀로그램 간섭 무늬 패턴들이 3차원 입체 영상으로 복원된다.A computer generated hologram system can generate hologram interference fringe images by calculating interference fringes with a computer. The computer generated hologram system transmits hologram interference fringe image data to a Spatial Light Modulator (SLM). When reference light is irradiated on the SLM, the hologram interference fringe patterns displayed on the SLM are restored to the three-dimensional stereoscopic image.
도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 컴퓨터(10)는 구현하고자 하는 입체 영상에 해당하는 홀로그램 간섭무늬 데이터를 생성한다. 생성된 홀로그램 간섭무늬 데이터는 SLM(20)으로 전송된다. SLM(20)은 투과형 액정표시패널로 형성하여 홀로그램 간섭무늬 이미지를 표시할 수 있다. SLM(20)의 일측면에는 참조광으로 사용할 레이저 광원(30)이 위치해 있다. 레이저 광원(30)에서 조사되는 참조광(90)을 SLM(20)의 전면에 고르게 투사하기 위해서 확장기(40)와 렌즈(50)가 순차적으로 배치될 수 있다. 레이저 광원(30)에서 출사된 참조광(90)은, 확장기(40)와 렌즈(50)를 거쳐 SLM(20)의 일측면에 조사된다. SLM(20)이 투과형 액정표시패널인 경우, SLM(20)의 타측면에는 SLM(20)에 구현된 홀로그램의 홀로그램 간섭무늬에 의해 3차원 입체 영상(80)이 표시된다.1 is a block diagram of a digital hologram image reproducing apparatus embodying a computer generated hologram method according to the related art. Referring to FIG. 1, the
홀로그램 영상을 재생하기 위해서 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 제작하고, 이를 이용하여 홀로그램 간섭무늬 데이터를 생성하는데 있어서, 3차원 물체를 점으로 표현하는 point cloud CGH와 다각형 면들의 집합으로 이루어진 polygon CGH로 나눌수 있다. point cloud CGH는 물체의 세밀한 묘사를 위해서 많은 정보가 필요한 단점이 있어 polygon CGH가 3차원 물체를 모델링하는 방법으로 많이 사용된다. In order to reproduce a hologram image, a computer generated hologram (CGH) is produced and used to generate hologram interference fringe data. The point cloud CGH expresses a three-dimensional object as a point and a polygon CGH composed of a set of polygonal faces. have. point cloud CGH is often used as a method for modeling a three-dimensional object because polygon CGH has a disadvantage in that it requires a lot of information for detailed description of the object.
그러나 polygon CGH는 홀로그램 영상으로 재생할 경우 삼각형과 삼각형 사이에서 관측되는 암선결함(dark-line defect)이 존재한다.However, polygon CGH has dark-line defects observed between triangles and triangles when reproduced with holographic images.
도2는 polygon CGH에서 암선결함이 나타나는 원인을 도시한 도면이다. Fig. 2 is a diagram showing a cause of a dark-line defect in a polygon CGH.
도2에 도시된 바와 같이 삼각형 개구에 평면파가 입사할 때 발생하는 파면을 보면 삼각형과 삼각형과 사이의 파면 변화가 급격하고, 그에 따라 회절이 발생하는데 일부 고주파 성분(high order)은 수정체 영역을 벗어나게 되어 에너지가 낮아진다. 이것을 실제 관측했을 때 암선결함(dark-line defect)으로 나타나게 된다.As shown in FIG. 2, when the wavefront generated when a plane wave is incident on the triangular aperture is observed, the wavefront change between the triangle and the triangle is abruptly changed, so that diffraction occurs, and some high- And the energy is lowered. When this is actually observed, it appears as a dark-line defect.
도3은 실제 암선결함이 나타난 3차원 홀로그래피 영상이다.3 is a three-dimensional holographic image showing an actual dark defect.
polygon CGH에서는 이와 같은 암선결함이 나타나는 문제점을 항상 갖고 있어 선명하지 않은 홀로그래피 영상을 얻을 수 밖에 없는 문제가 있다.
In the case of polygon CGH, there is a problem that such a dark defect is always present, so that there is a problem that an undefined holographic image can not be obtained.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 다각형 컴퓨터 생성 홀로그램(polygon CGH)으로 구현된 홀로그램 영상에 암선결함(dark-line defect)이 나타나지 않도록 하는 홀로그램 생성 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hologram generating apparatus and method for preventing a dark-line defect from appearing in a hologram image implemented by a polygon computer generated hologram (polygon CGH) .
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 물체가 위치하는 공간 영역과 안구 내 물체의 상이 맺히는 망막 영역(retina region)으로 이루어진 홀로그램 영상 구현 시스템을 기반으로 하는 홀로그램 생성 장치로서, 3차원 물체의 입체영상을 다각형 조각의 집합으로 변환하여 제1그래픽 데이터를 생성하는 모델링부, 모델링부로부터 생성된 제1그래픽 데이터를 망막영역의 기준좌표로 변환하여 제2그래픽 데이터를 생성하는 데이터 변환부, 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 홀로그램 생성부 및 망막 영역에서의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 공간 영역의 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 홀로그램 변환부를 포함한다. A hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention is a hologram generating apparatus based on a hologram image implementing system including a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed, A data conversion unit for converting the first graphic data generated from the modeling unit into reference coordinates of the retina area to generate second graphic data, A hologram generating unit for generating a first computer generated hologram CGH1 as light wave analysis information for graphic data and a hologram generating unit for converting the first computer generated hologram CGH1 in the retina region into a second computer generated hologram CGH2 in the spatial region And a hologram converting unit.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 홀로그램 생성 방법은 물체가 위치하는 공간 영역과 안구 내 물체의 상이 맺히는 망막 영역(retina region)으로 이루어진 홀로그램 영상 구현 시스템을 기반으로 하는 홀로그램 생성 방법으로서, 물체를 공간영역에서 다각형 조각의 집합으로 변환하는 모델링을 통해 제1그래픽 데이터를 생성하는 단계, 제1그래픽 데이터를 망막 영역에서 구현되는 제2그래픽 데이터로 변환하는 단계, 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 단계 및 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 영역에서의 광파분석정보인 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating a hologram based on a hologram image realization system including a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed, Converting the first graphic data into second graphic data to be implemented in the retina area, converting the second graphic data into a set of polygon pieces from the first graphic data, 1 computer generated hologram CGH1 and converting the first computer generated hologram into a second computer generated hologram CGH2 which is light wave analysis information in the spatial domain.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 방법에 의하면 다각형 컴퓨터 생성 홀로그램(polygon CGH)으로 구현되는 홀로그램 영상에 암선결함(dark-line defect)이 나타나지 않는다.According to the apparatus and method for generating a hologram according to an embodiment of the present invention, a dark-line defect does not appear in a hologram image implemented by a polygon computer generated hologram (polygon CGH).
도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는 polygon CGH에서 암선결함이 나타나는 원인을 도시한 도면이다.
도3은 실제 암선결함이 나타난 3차원 홀로그래피 영상이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 블록도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상 구현 시스템을 표현한 도면이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치를 사용하여 재생된 영상이다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서도이다.1 is a block diagram of a digital hologram image reproducing apparatus embodying a computer generated hologram method according to the related art.
Fig. 2 is a diagram showing a cause of a dark-line defect in a polygon CGH.
3 is a three-dimensional holographic image showing an actual dark defect.
4 is a block diagram of a hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a system for implementing a hologram image according to an embodiment of the present invention.
6 is an image reproduced using the hologram generating apparatus according to the embodiment of the present invention.
7 is a flowchart of a hologram generating method according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.It is to be understood that the specific structural or functional description of embodiments of the present invention disclosed herein is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the inventive concept But may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.The embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and can take various forms, so that the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element may be referred to as a second element, The component may also be referred to as a first component.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there are features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described herein, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 블록도이다.4 is a block diagram of a hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상 구현 시스템을 표현한 도면이다.5 is a diagram illustrating a system for implementing a hologram image according to an embodiment of the present invention.
도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 물체가 위치하는 공간 영역과 안구 내 물체의 상이 맺히는 망막 영역(retina region)으로 이루어진 홀로그램 영상 구현 시스템을 기반으로 하는 홀로그램 생성 장치로서, 3차원 물체의 입체영상을 다각형 조각의 집합으로 변환하여 제1그래픽 데이터를 생성하는 모델링부(100), 모델링부(100)로부터 생성된 제1그래픽 데이터를 망막영역의 기준좌표로 변환하여 제2그래픽 데이터를 생성하는 데이터 변환부(200), 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 생성하는 홀로그램 생성부(300) 및 망막 영역에서의 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 영역의 제2컴퓨터 생성 홀로그램으로 변환하는 홀로그램 변환부(400)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the apparatus for generating holograms according to an embodiment of the present invention includes a hologram image generation system based on a hologram image implementation system including a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed, A
도 4에 도시된 홀로그램 생성 장치의 구성들 각각은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타내는 것이며, 반드시 각각의 구성이 별도의 물리적 장치로 구분되거나 별도의 코드로 작성됨을 의미하는 것이 아님을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.Each of the configurations of the hologram generating apparatus shown in FIG. 4 indicates that it can be divided into functions and logically, and does not necessarily mean that each configuration is divided into separate physical devices or written in separate codes. The average expert in the field of technology would be easily inferable.
또한, 본 명세서에서 "부"라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 "부"는 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것이 아니다.In the present specification, the term "part " may mean a functional and structural combination of hardware for carrying out the technical idea of the present invention and software for driving the hardware. For example, the "part" may mean a logical unit of a predetermined code and a hardware resource for executing the predetermined code, and it does not necessarily mean a physically connected code or a kind of hardware.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 도5에 도시된 바와 같이 CGH(Computer Generated Hologram) 평면을 포함하고, 물체의 삼차원 영상이 놓이게 되는 공간영역과 인간의 눈으로 표현되어 있는 망막영역으로 구별되는 시스템에서 구현될 수 있다. 망막영역에는 눈 안에 상이 맺히는 평면인 가상의 레티나 평면을 설정한다. As shown in FIG. 5, the apparatus for generating a hologram according to an embodiment of the present invention includes a CGH (Computer Generated Hologram) plane and distinguishes a spatial region in which a three-dimensional image of an object is placed and a retinal region represented by a human eye Lt; / RTI > In the retinal region, an imaginary retina plane is created, which is a plane in which an image is formed in the eye.
모델링부(100)는 3차원 물체의 입체영상을 다각형 조각의 집합으로 변환하여 제1그래픽 데이터를 생성한다. 특히 다각형 조각의 집합은 삼각형 조각의 집합일 수 있다. 3차원 물체의 입체영상은 깊이 카메라, 다시점 카메라 등 다양한 방법으로 획득할 수 있다. 이러한 3차원 물체의 입체영상에 대해 삼각형 조각의 집합 즉 polygon CGH를 위한 모델링을 수행한다. The
홀로그래픽 3차원 이미지 광파는 광파가 표현하고자 하는 3차원 물체의 표면의 구조에 의해 직접적으로 결정된다. 즉 표면 텍스쳐의 구조에 의해 3차원 이미지 광파의 수학적인 구조가 결정된다. 삼각형 요소(segment)로 이루어진 3차원 표면 물체는 특정방향에서 관찰자에게 보이는 삼각형 요소의 집합이 달라진다. 이와 같은 특성은 3차원 디스플레이에서 필수적으로 구현해야 하는 운동시차 요소이다. 또한 두 방향에서 모두 보이는 위치에 놓인 삼각형의 요소들도 있을 수 있고, 이러한 삼각형들도 관찰 위치가 변하게 되면 보이는 모양이나 삼각형 요소들간의 상대적 위치가 달라지게 된다. 이와 같은 특성은 두 방향에 대해서 공통적으로 보이는 삼각형 요소가 방향에 따라 보이긴 하되 위치에 따라 연속적으로 다르게 보이는 효과이고, 이러한 효과가 홀로그래픽 3차원 이미지 광파의 가장 중요한 물리적 요소이다. The holographic three-dimensional image light wave is directly determined by the structure of the surface of the three-dimensional object to be expressed by the light wave. That is, the structure of the surface texture determines the mathematical structure of the three-dimensional image light wave. A three-dimensional surface object consisting of a triangle segment has a different set of triangle elements visible to an observer in a particular direction. This characteristic is a necessary motion parallax factor in 3D display. In addition, there may be elements of triangles that are visible in both directions, and the relative positions of the triangles are different from those seen when the observation position changes. Such a characteristic is that the triangle elements which are common to both directions are seen along the direction but are continuously different from each other in position, and this effect is the most important physical element of the holographic three-dimensional image light wave.
데이터 변환부(200)는 모델링부(100)로부터 생성된 제1그래픽 데이터를 망막영역의 기준좌표로 변환하여 제2그래픽 데이터를 생성한다. 제2그래픽 데이터로의 변환은 도5를 통해서 설명하면, 도5에 도시되어 있는 CGH평면의 중심점을 원점으로 물체의 한 꼭지점을 (xobject, yobject, zobject)라 한다. 도5에 도시되어 있는 상측의 삼각뿔과 하측의 삼각뿔의 무게중심좌표는 (xc, yc, zc)이다. 수정체를 통과하여 망막에 맺히는 상의 좌표를 (xretina, yretina, zretina)라 하면, 렌즈공식 및 삼각형 거리비율에 의해서 (xretina, yretina, zretina) = (-xobject D2/D1, -yobjectD2/D1, D2 - deye)로 표현된다. 여기서 D1 = F - zobject, D2 = 1/[(1/feye) - (1/D1)], feye = 1/[(1/(F - zc) + (1/deye)]이다.The
이처럼 CGH평면을 기준으로 한 물체의 각 점들(xobject, yobject, zobject)은 수정체를 통과한 상의 각 점인 (xretina, yretina, zretina)으로 변환되고, 이 때 레티나 평면으로 표현되는 물체 상의 각 점들 중 xretina, yretina 좌표점은 D1과 D2의 스케일에 따라 동일한 비율로 감소하는 것을 위 식을 통해서 확인할 수 있다. zretina 좌표점은 레티나 평면의 원점에서 z방향으로 떨어진 위치이다. In this way, each point (x object , y object , z object ) of an object based on the CGH plane is transformed into a point (x retina , y retina , z retina ) The x retina and y retina coordinate points of each point on the object are reduced by the same ratio according to the scales of D1 and D2. The retina coordinate point is the position away from the origin of the retina plane in the z direction.
데이터 변환부(200)는 도5에 도시된 각각의 삼각뿔의 4점에 대해서 위와 같이 레티나 평면에서의 물체 상의 각 좌표로 표현을 함으로서, 모델링부(100)에서 생성된 제1그래픽 데이터를 망막영역 즉 레티나 평면을 기준으로 변환하여 제2그래픽 데이터를 생성한다. The
홀로그램 생성부(300)는 망막영역의 기준좌표로 변환된 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성한다. 제1컴퓨터 생성 홀로그램은 변환된 3차원 물체의 광파분포를 안구 내부영역에서 계산하여 레티나 평면에 1차적으로 기록한다. The
홀로그램 변환부(400)는 망막영역에서 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 공간 영역의 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환한다. 홀로그램 변환부(400)는 역프레넬 변환(IFrT)을 통해 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)로 변환한다.The
망막영역에서 광파분포인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 F(x2, y2)라 하고, 공간 영역에서 광파분포인 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)을 G(x1, y1)이라 하자, La to the first computer generated hologram (CGH1) light wave distribution in retinal region F (x 2, y 2), and a second computer generated hologram (CGH2) light wave distribution in the spatial domain as G (x 1, y 1) lets do it,
또한 수정체 평면에서의 광파분포를 W(u, v;λ)라고 정의하면, F(x2, y2)와 G(x1, y1)은 cascaded Fresnel Transform에 의해서 W(u, v;λ) = FrT1(G(x1, y1)), F(x2, y2;λ) = FrT2(t(u, v;λ)W(u, v))의 관계를 갖는다.If we define the light wave distribution in the lens plane as W (u, v; λ), F (x 2 , y 2 ) and G (x 1 , y 1 ) are transformed by cascaded Fresnel transform to W ) = FrT 1 (G (x 1 , y 1 )) and F (x 2 , y 2 ; λ) = FrT 2 (t (u, v;
여기서 W(u, v;λ)는 수학식 1과 같다.Here, W (u, v;?) Is expressed by Equation (1).
여기서 유한한 동공에 의해서 관측되는 F(x2, y2;λ)는 하기 수학식 2와 같다.Here, F (x 2 , y 2 ; λ) observed by the finite pupil is expressed by the following equation (2).
수학식 1, 2와 프레넬 변환을 이용해서 공간 영역에서 광파분포인 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)을 G(x1, y1)를 통해 구하면,Equation (1), through the second and ask frame G to the second computer generated hologram (CGH2) light wave distribution Ner conversion using the spatial domain (x 1, y 1),
G(x1, y1) = IFrT1(t-1(u,v;λ)IFrT2(F(x2, y2;λ)이다. 여기서, t- 1(u, v;λ)는 하기 수학식 3과 같다. G (x 1, y 1) = IFrT 1 (t -1 (u, v; λ) IFrT 2 (F (x 2, y 2; λ) , where a, t - 1 (u, v ;. Λ) is (3) "
즉 홀로그램 변환부(400)는 위 식들에 의해서 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 제2컴퓨터 생성 홀로그램으로 변환한다. That is, the
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치를 사용하여 재생된 영상이다.6 is an image reproduced using the hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도6에 도시된 영상을 도3에 도시된 영상과 비교하면 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치를 사용하여 재생된 영상은 암선결함(dark-line defect)이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 특히 도3에서 지적했던 꼬리부분에 선명하게 형성되었던 암선결함이 도6에는 나타나지 않는다.When the image shown in FIG. 6 is compared with the image shown in FIG. 3, it can be confirmed that a dark-line defect does not occur in the image reproduced using the hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention . In particular, the dark line defect that was clearly formed in the tail portion as indicated in Fig. 3 does not appear in Fig.
이러한 홀로그램 생성장치는 디지털 홀로그램 영상 표시장치에 포함되어 디지털 홀로그램 영상 표시장치가 암선결함이 없는 홀로그래피 영상을 재생할 수 있도록 한다.Such a hologram generating apparatus is included in a digital hologram image display apparatus so that a digital hologram image display apparatus can reproduce a holographic image without a dark defect.
이상 본 발명의 일실시예인 홀로그램 생성 장치에 대해서 살펴보았다.The hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention has been described above.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 홀로그램 생성 방법에 대해서 도7을 참고하여 설명한다. 앞선 실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.A hologram generating method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Description of configurations overlapping with those of the previous embodiment will be omitted.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서도이다.7 is a flowchart of a hologram generating method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 물체가 위치하는 공간 영역과 안구 내 물체의 상이 맺히는 망막 영역(retina region)으로 이루어진 홀로그램 영상 구현 시스템을 기반으로 하는 홀로그램 생성 방법으로서, 물체를 공간영역에서 다각형 조각의 집합으로 변환하는 모델링을 통해 제1그래픽 데이터를 생성하는 단계(S100), 제1그래픽 데이터를 망막 영역에서 구현되는 제2그래픽 데이터로 변환하는 단계(S200), 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 단계(S300) 및 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 영역에서의 광파분석정보인 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 단계(S400)를 포함한다.A hologram generating method according to an exemplary embodiment of the present invention is a hologram generating method based on a hologram image implementing system including a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed, (S200) of transforming the first graphic data into second graphic data to be implemented in the retina region (S200), a step of converting the first graphic data into the second graphic data A step S300 of generating a first computer generated hologram CGH1 as light wave analysis information and a step S400 of converting a first computer generated hologram into a second computer generated hologram CGH2 as light wave analysis information in a spatial domain .
도7에 도시된 바와 같이 제1그래픽 데이터를 생성하는 단계(S100)는 다각형 조각의 집합으로 3차원 물체의 외형을 모델링한다. 특히 삼각형 조각으로 모델링하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 7, the step of generating the first graphic data (S100) models the outline of the three-dimensional object as a set of polygon pieces. Particularly, it is preferable to model with a triangular piece.
제1그래픽 데이터를 생성한 이후 제1그래픽 데이터를 망막 영역의 제2그래픽 데이터로 변환하는 단계(S200)는 공간 영역에서의 기준좌표인 CGH평면에서의 제1그래픽 데이터의 다수의 꼭지점을 망막 영역에서의 기준좌표인 레티나 평면에서의 제2그래픽 데이터로 변환한다. The step S200 of converting the first graphic data into the second graphic data of the retina area after generating the first graphic data may include converting a plurality of vertices of the first graphic data in the CGH plane, Which is the reference coordinate in the retina plane.
망막 영역에서 구현된 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 단계(S300)는 레티나 평면 상의 왜곡된 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보로서, 이를 다시 공간 영역에서의 컴퓨터 생성 홀로그램인 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환한다(S400).The step S300 of generating the first computer generated hologram CGH1, which is the light wave analysis information on the second graphic data implemented in the retina region, is the light wave analysis information on the distorted second graphic data on the retina plane, Into a second computer generated hologram CGH2 which is a computer generated hologram in the spatial domain (S400).
이와 같은 단계를 통해 생성된 제2컴퓨터 생성 홀로그램을 이용하여 홀로그램 간섭무늬 이미지를 만들고 홀로그램 간섭무늬 이미지를 공간 광 변조기(SLM)을 통해 홀로그래픽 영상으로 구현함으로써 암선결함(dark-line defect)이 없는 영상을 재생할 수 있다.
A hologram interference fringe image is generated using the second computer generated hologram generated through the above steps and a hologram interference fringe image is implemented as a holographic image through a spatial light modulator (SLM) The image can be reproduced.
100 모델링부
200 데이터 변환부
300 홀로그램 생성부
400 홀로그램 변환부100 modeling unit
200 data conversion unit
300 hologram generating unit
400 hologram conversion unit
Claims (7)
3차원 물체의 입체영상을 다각형 조각의 집합으로 변환하여 제1그래픽 데이터를 생성하는 모델링부;
상기 모델링부로부터 생성된 상기 제1그래픽 데이터를 상기 망막영역의 기준좌표로 변환하여 제2그래픽 데이터를 생성하는 데이터 변환부;
상기 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 홀로그램 생성부; 및
상기 망막 영역에서의 상기 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 상기 공간 영역의 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 홀로그램 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 장치.There is provided a hologram generating apparatus based on a holographic image realization system comprising a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed,
A modeling unit for converting the stereoscopic image of the three-dimensional object into a set of polygon pieces to generate first graphic data;
A data conversion unit for converting the first graphic data generated from the modeling unit into reference coordinates of the retina area to generate second graphic data;
A hologram generating unit for generating a first computer generated hologram (CGH1) which is light wave analysis information on the second graphic data; And
And a hologram transformer for transforming the first computer generated hologram (CGH1) in the retina region into a second computer generated hologram (CGH2) in the spatial domain.
상기 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)은 상기 망막 영역에서 계산되어 상이 맺히는 레티나 평면에 기록되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first computer generated hologram (CGH1) is recorded in the retina plane calculated in the retina region and formed in an image.
상기 홀로그램 변환부는 역프레넬 변환(Backward Fresnel Transform)을 통해 상기 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 상기 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hologram converting unit converts the first computer generated hologram CGH1 into the second computer generated hologram CGH2 through an inverse Fresnel transform.
(a) 상기 물체를 공간영역에서 다각형 조각의 집합으로 변환하는 모델링을 통해 제1그래픽 데이터를 생성하는 단계;
(b) 상기 제1그래픽 데이터를 상기 망막 영역에서 구현되는 제2그래픽 데이터로 변환하는 단계;
(c) 상기 제2그래픽 데이터에 대한 광파분석정보인 제1컴퓨터 생성 홀로그램(CGH1)을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 영역에서의 광파분석정보인 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 방법.A holographic image generation method based on a holographic image implementation system comprising a spatial region in which an object is located and a retina region in which an image of an object in the eye is formed,
(a) generating first graphic data through modeling transforming the object into a set of polygon pieces in a spatial domain;
(b) converting the first graphic data into second graphic data embodied in the retina region;
(c) generating a first computer generated hologram (CGH1) which is light wave analysis information for the second graphic data; And
(d) converting the first computer generated hologram into a second computer generated hologram (CGH2) which is light wave analysis information in the spatial domain.
상기 (b) 단계는 상기 공간 영역에서의 기준좌표를 상기 망막 영역에서의 기준좌표로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the step (b) includes the step of converting reference coordinates in the spatial domain into reference coordinates in the retina region.
상기 (d)단계 이후 상기 제2컴퓨터 생성 홀로그램(CGH2)을 이용하여 홀로그램 간섭무늬 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 생성 방법
6. The method of claim 5,
Generating the hologram interference fringe image using the second computer generated hologram (CGH2) after the step (d)
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